流量計原理及特點

各種流量計原理及特點.簡述目前工程實際中，流量測量方法及流量儀表的種類繁多，至今為止，可供工業(yè)用的流量儀表種類多達數(shù)十余種。在流量儀表的家族中，每種產(chǎn)品都有它特定的適用性及使用局限性。按測量對象劃分就有封閉管道和明渠兩大類：按測量目的又可分為總量測量和流量測量，其儀表分別稱作總量表和流量計。本文簡要介紹目前最常用流量計分類法，主要有：差壓式流量計、容積式流量計、差壓式流量計、浮子流量計、渦輪流量計、電磁流量計、流體振蕩流量計中的渦街流量計質(zhì)量流量計等分別簡述各種流量計的原理及特點。差壓式流量計差壓式流量計是通過安裝于是工業(yè)管道中流量檢測元件產(chǎn)生的差壓，將已知流體條件和檢測件與管道的幾何尺寸來計差壓式流量計算流量計。差壓式流量計由一次檢測件及二次儀表（差壓轉(zhuǎn)換器或變送器和流量顯示儀表）組成。以檢測件形式劃分差壓式流量計分類，有孔板流量計、文丘里流量計、均速管流量計等。二次儀表為各種機械、電子、機電一體式差壓式流量計、差壓變送器及流量顯示儀表。差壓式流量儀表是流量儀表大家族中應(yīng)用最廣泛的一中流量儀表，目前國內(nèi)外已系列化、通用化、標準化，差壓式流量計既可單獨測量流量參數(shù)，也可測量其它參數(shù)（壓力、物位、密度）等。差壓式流量計的檢測件按其作用原理可分為：節(jié)流裝置、水利阻力、動壓頭式、動壓頭增益及射流式、以及離心式等幾大類。檢測件有標準化型式或非標準兩大類。標準型檢測元件是以標準文件設(shè)計、制造、安裝和使用，無需經(jīng)實流標定即可確定其流量值和估算測量誤差。而非標型檢測元件一般尚未列入國際標準中檢測元件。差壓式流量計也是應(yīng)用最廣泛的一種流量儀表，在各種流量計使用量中占據(jù)首位。主要優(yōu)點是：(1)應(yīng)用最多的孔板式流量計結(jié)構(gòu)牢固，性能穩(wěn)定可靠，使用壽命長;(2)應(yīng)用范圍廣泛，至今尚無任何一流量計可與之比擬；檢測件與變送器、顯示儀表分別由不同廠家生產(chǎn)，便于規(guī)模經(jīng)濟生產(chǎn)。主要缺點是:(1)測量精度普遍偏低:(2)范圍度窄，一般僅3：1?4：1;(3)現(xiàn)場安裝條件要求高；(4)壓損大(指孔板、噴嘴等)。容積式流量計容積式流量計，又稱定排量流量計，簡稱PD流量計，在流量儀表中是精度最高的一類。它利用機械測量元件把流體連續(xù)不斷地分割成單個已知的體積部分，根據(jù)測量室逐次重復(fù)地充滿和排放該體積部分流體的次數(shù)來測量流體體積總量。容積式流量計按其測量元件分類：有橢圓齒輪流量計、旋轉(zhuǎn)活塞流量計、往復(fù)活塞流量計、圓盤流量計、濕式氣體計及膜盒式氣體計、液封轉(zhuǎn)筒式流量計等。主要優(yōu)點：(1)計量精度高；(2)安裝管道條件對計量精度沒有影響；可用于高粘度液體的測量；(4)范圍度寬；(5)直讀式儀表無需外部能源可直接獲得累計，總量，清晰明了，操作簡便。主要缺點：（1）結(jié)果復(fù)雜，體積龐大；（2）被測介質(zhì)種類、口徑、介質(zhì)工作狀態(tài)局限性較大；（3）不適用于高、低溫場合；（4）大部分儀表只適用于潔凈單相流體；（5）產(chǎn)生噪聲及振動。浮子流量計浮子流量計，又稱轉(zhuǎn)子流量計，是變面積式流量計的一種，在一根由下向上擴大的垂直錐管中，圓形橫截面的浮子的重力是由液體動力承受的，從而使浮子可以在錐管內(nèi)自由地上升和下降。浮子流量計是繼差壓式流量計之后應(yīng)用較廣泛的一類流量計，適用于微小流量監(jiān)測。主要優(yōu)點:（1）結(jié)構(gòu)簡單，使用方便；（2）適用于小管徑和低流速；（3）壓力損失較低。缺點：耐壓力低，有玻璃管易碎。渦輪流量計渦輪流量計是屬于速度式流量計中主要品種，它的結(jié)構(gòu)由多葉片的轉(zhuǎn)子（渦輪）感應(yīng)流體平均流速，從而計量出流量或總流量的儀表。其結(jié)構(gòu)由傳感器和顯示儀兩部分組成，有分體式和一體式兩種。渦輪流量計和容積式流量計、科奧利質(zhì)量流量計統(tǒng)稱為流量計中三類重復(fù)性、精度最佳的品種。目前已朝多品種，多系列化發(fā)展。主要優(yōu)點：⑴精度高在所有流量計儀表中屬于最精確的流量儀表；⑵重復(fù)性好；（3）無零點漂移，抗干擾性好；（4）測量范圍度寬；（5）結(jié)構(gòu)緊湊。主要缺點：（1）不能長期保持校準特性；（2）流體物性對流量特性影響較大。渦銜流量計渦銜流量計的結(jié)構(gòu)是在流體中安放一根非流線型游渦發(fā)生體，當流體在游渦發(fā)生體兩側(cè)交替分離釋放出兩串規(guī)則交錯排列的游渦的儀表。渦銜流量計一般按頻率檢出方式，劃分有：應(yīng)力式、應(yīng)變式、電容式、熱敏式、光電式及超聲波式、振動式等。渦銜流量計屬于國內(nèi)外新型流量儀表。主要優(yōu)點:（1）結(jié)構(gòu)簡單牢固；（2）適用于多流體種類的場合流量；（3）有較高測量精度；（4）測量范圍度寬，且壓損小。主要缺點:（1）不適應(yīng)于低雷諾數(shù)流體測量；（2）需較長直管段；（3）與渦輪流量計相比，儀表系數(shù)較低。電磁流量計電磁流量計由傳感器及轉(zhuǎn)換器及顯示器等部分組成，電磁流量計根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律制成的一般測量導(dǎo)電流體的流量儀表。電磁流量計具有其它流量計不能比擬獨特優(yōu)勢，特別適用如臟污流體及腐蝕流體的測量。電磁流量計在70-80年代由于電磁流量在技術(shù)上有重大突破，使它成為現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的流量監(jiān)測儀表。主要優(yōu)點:（1）由于測量通道是段光滑直管，不會阻塞，特別適用于固體顆粒的液固二相流體，如紙漿、污水、泥漿等；（2）無壓損，節(jié)能效果好；（3）不受流體的濕度、密度、粘度、壓力和電導(dǎo)率變化影響；（4）流量范圍大，口徑范圍寬；（5）適用于腐蝕性流體的測量。主要缺點：（1）不適用測量由釋放的石油制品流體；（2）不適用氣體、蒸汽及含有較大氣泡的液體；（3）不適用高溫場合。超聲波流量計超聲波流量計可分為傳播速度差法（直接時差法、時差法、相位差法和頻差法）、波速偏移法、多普差法、互相關(guān)法、空間濾去法及噪聲法等。超聲流量計與電磁流量計均屬于無阻礙流體直流的結(jié)構(gòu)。因此，適用于解決流量測量困難的場合，特別適用于大口徑流量測量領(lǐng)域。主要優(yōu)點：（1）可做非接觸式流體測量；（2）屬于無阻礙測量，故無壓力損失；（3）它與電磁流量計相比，具有可測非導(dǎo)電性液體，獨特優(yōu)點。主要缺點：（1）在傳播時間法時，只能用于清潔液體和氣體，而在多普勒法時，測量含有一定量懸浮顆粒和氣泡的液體；⑵多普勒法測量精度不高?？评飱W利質(zhì)量流量計科里奧利質(zhì)量流量計是利用流體在振動管中流動時，產(chǎn)生與質(zhì)量流量成正比的科里奧利力學(xué)原理制成的一種直接式質(zhì)量流量儀表。明渠流量計明渠流量計屬于在非滿管狀敞開渠道測量自由表面自然流動的流量儀表。因此，也亦稱非滿管態(tài)流動的水溝叫明渠。明渠流量計除有圓形外，還有U形、梯形、矩形等多種形狀。明渠流量計是廣泛應(yīng)用于城市供水引水渠，火力及水利發(fā)電廠引水和排水渠，城市及工礦企業(yè)污水治理流入和排放渠，水利工程和農(nóng)業(yè)灌溉用渠道流量計測量流量結(jié)構(gòu)方式。綜上所述，目前流量計測量技術(shù)發(fā)展至今雖然已日趨成熟，但其種類繁多，至今尚無一種對于任何場合都能適用的流量計，而每種流量計都有供適用范圍，具有局限性。因此，在選用何種流量計時，應(yīng)熟知儀表的工作原理及特點，根據(jù)被測對象的不同，合理正確選擇流量計是值得人們討論的問題。超聲波流量計測量原理：時差法AFV系列超聲波流量計采用時差法測量原理，非接觸測量，適用于強腐蝕性液體及高壓管道，測量管徑范圍寬。？本儀表采用了先進的多脈沖技術(shù)、信號數(shù)字處理技術(shù)具有超強的糾錯功能和極高的抗干擾能力；可進行定時數(shù)據(jù)存儲，具有多種輸出，可選：RS485、4?20mA、0?10mA、累計脈沖、GSM/GPRS。同時，儀表問答式數(shù)據(jù)輸入及參數(shù)選擇，完善的自檢功能使儀表操作、維護簡單方便，遠距離數(shù)據(jù)傳輸功能，可選配數(shù)據(jù)顯示器實現(xiàn)遠距離監(jiān)控。技術(shù)特征：被測介質(zhì)：易于超聲波傳播的均質(zhì)液體（水、海水、污水、汽油、酸堿液或其它已知聲速的液體）測定狀態(tài)：液體滿管流動測量管徑：DN15-DN6000mm濁度：小于1000deg、顆粒小于1mm介質(zhì)溫度：-20°C?150°C液體流速：0.1-32m/s管道材料：鋼、鑄鐵、鋁、玻璃鋼、交聯(lián)聚乙烯、鋼筋混凝土管等。襯里材料：沙漿、橡膠、瀝青、玻璃鋼或已知聲速的材質(zhì)測點要求：上游10D、下游5D（D為管道內(nèi)徑）技術(shù)參數(shù)：（中英文雙語顯示）電磁流量計原理一、概述：電磁流量計是一種應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)定律的流量計，其傳感器主要由內(nèi)襯絕緣材料的測量管，穿通測量管壁安裝的一對電極和用以產(chǎn)生工作磁場的一對線圈及鐵芯組成。當導(dǎo)電流體流經(jīng)傳感器測量管時，在電極上將感應(yīng)與流體平均流速成正比的電壓信號。該信號經(jīng)轉(zhuǎn)換器放大處理，直接顯示流量及總量并可輸出模擬、數(shù)字信號。電磁流量計可用于測量封閉管道中導(dǎo)電液體和漿液的體積流量，適用于化工、電力礦冶、給排水、造紙、醫(yī)藥、食品等部門。二、主要功能及技術(shù)參數(shù)：儀表主要功能?流量測量功能：測量瞬時流量（m3/h）、累計流量（m3）、流速（m/s）并同時顯示?零點跟蹤功能：在流體流速為零時，可進行零點跟蹤，實現(xiàn)自動調(diào)零。?小流量切斷功能：可設(shè)定始動流量值，實現(xiàn)小流量切除或抑制突變干擾。?正反向流指示功能：正向流時，流向指示為+，反向流時，流向指示為一。?阻尼功能：可在0-99秒的范圍內(nèi)設(shè)定阻尼時間，實現(xiàn)瞬時流量的平均測量。?空管報警功能：當管道空管時，給出報警指示，累計停止。?上、下限報警功能：可設(shè)定瞬時流量的上下限值，當流量超限時，給出報警指示和報警信號輸出。?信號輸出功能：4?20mA電流輸出：輸出值與瞬時流量相對應(yīng)，對應(yīng)量程可調(diào)。?標定功能：可對儀表分段標定，進一步提高儀表的線性度，擴大測量范圍，提高測量精度。?密碼設(shè)定功能：可設(shè)定密碼，防止隨意的操作。?環(huán)境條件：環(huán)境濕度：-10°C?+60°C相對濕度：5%—90%?工作條件：一體型：70°C分離型：聚四氟乙烯襯里：120C聚氯丁橡膠襯里：80C聚氨酯襯里：80C聚丙烯襯里：120C流體電導(dǎo)率：不低于5〃s/cm?公稱壓力：法蘭型：4.0MPa(DN10-DN150)1.6MPa(DN10-DN1000)夾持型：4.0MPa(DN10-DN150)1.6MPa(DN10-DN150)?電源：a.單相交流85V-265V、45Hz-450Hzb.直流18V-36V技術(shù)指標?執(zhí)行標準：JB/T9248-1999電磁流量計?基本參數(shù)與性能指標1)公稱通徑：10、15、20、25、32、40、50、65、80、100、125、150、200、250、300、350、400、450、500、600、700、800、900、1000；流量范圍對應(yīng)的流速范圍：0-1.5m/s到0-12m/s精確度：±0.5%(示值)測量管材料：不銹鋼1Crl8Ni9Ti襯里材料：聚四氟乙烯襯里、聚氯丁橡膠襯里、聚氨酯、聚丙烯電極材料：不銹鋼0Crl8Nil2Mo2Ti、哈氏合金C、鈦、鉑銥合金、鉭、不銹鋼涂覆碳化鎢。法蘭材料：碳鋼、不銹鋼。襯里保護法蘭材料：碳鋼、不銹鋼1Crl8Ni9Ti外殼防護：IP65/68防爆標志：Exem（ia）IICT4間距（分離型）轉(zhuǎn)換器距傳感器一般不超過100m2）智能開支轉(zhuǎn)換器（紅外搖控式可選）功能損耗：小于20w時間常數(shù)：0-99秒小信號切除范圍：0-49%。。輸入阻抗：1015歐姆，共模擬制比110db，系統(tǒng)可以現(xiàn)場自動?！?”。電流輸出：4?20mA±0.01mA、負載電阻：0-75歐姆頻率輸出：輸出頻率上限可先1KHz或者2KHz。帶光電隔離的晶體管集電極。上接20K歐姆電阻輸出，輸出高態(tài)電壓為：Vh=24VxRL/（RL+20KQ）,VL=0V，誤差〉±1H外接電源不不于35V，或者內(nèi)部隔離+24V供電。脈沖輸出：累計量脈沖輸出。帶光電隔離的晶體管理體管集電極開路輸出。或者內(nèi)部隔離+24V供電，或者外接電源不大于35V供電。高態(tài)電壓值輸出：0.001立方米可設(shè)。輸出電平：VL=+5V，VL=0V串行輸出：Rs485標準串行接口。抗干擾性：電磁兼容及抗干擾性能優(yōu)于國際二級標準。電氣隔離：模擬輸入與模擬輸出間絕緣電壓不低于500V。模擬輸入與交流電源間絕緣電壓不低于1500V。模擬輸出與交流電源間絕緣電壓不低于1500V。模擬輸出與大地間絕緣電壓不低于500V。脈沖輸出與交流電源間絕緣電壓不低于1500V。脈沖輸出與大地間絕緣電壓不低于500V?？傊疀]有一種所謂完美的流量計，針對于特定的工況總有種最適宜的流量計倒是不可否認！一、電磁流量計1、 優(yōu)點電磁流量計可用來測量工業(yè)導(dǎo)電液體或漿液。無壓力損失。測量范圍大，電磁流量變送器的口徑從2.5mm到2.6m。電磁流量計測量被測流體工作狀態(tài)下的體積流量，測量原理中不涉及流體的溫度、壓力、密度和粘度的影響。2、 缺點電磁流量計的應(yīng)用有一定局限性，它只能測量導(dǎo)電介質(zhì)的液體流量，不能測量非導(dǎo)電介質(zhì)的流量，例如氣體和水處理較好的供熱用水。另外在高溫條件下其襯里需考慮。電磁流量計是通過測量導(dǎo)電液體的速度確定工作狀態(tài)下的體積流量。按照計量要求，對于液態(tài)介質(zhì)，應(yīng)測量質(zhì)量流量，測量介質(zhì)流量應(yīng)涉及到流體的密度,不同流體介質(zhì)具有不同的密度，而且隨溫度變化。如果電磁流量計轉(zhuǎn)換器不考慮流體密度，僅給出常溫狀態(tài)下的體積流量是不合適的。電磁流量計的安裝與調(diào)試比其它流量計復(fù)雜，且要求更嚴格。變送器和轉(zhuǎn)換器必須配套使用，兩者之間不能用兩種不同型號的儀表配用。在安裝變送器時，從安裝地點的選擇到具體的安裝調(diào)試，必須嚴格按照產(chǎn)品說明書要求進行。安裝地點不能有振動，不能有強磁場。在安裝時必須使變送器和管道有良好的接觸及良好的接地。變送器的電位與被測流體等電位。在使用時，必須排盡測量管中存留的氣體，否則會造成較大的測量誤差。電磁流量計用來測量帶有污垢的粘性液體時，粘性物或沉淀物附著在測量管內(nèi)壁或電極上，使變送器輸出電勢變化，帶來測量誤差，電極上污垢物達到一定厚度，可能導(dǎo)致儀表無法測量。供水管道結(jié)垢或磨損改變內(nèi)徑尺寸，將影響原定的流量值，造成測量誤差。如100mm口徑儀表內(nèi)徑變化1mm會帶來約2%附加誤差。變送器的測量信號為很小的毫伏級電勢信號，除流量信號外，還夾雜一些與流量無關(guān)的信號，如同相電壓、正交電壓及共模電壓等。為了準確測量流量，必須消除各種干擾信號，有效放大流量信號。應(yīng)該提高流量轉(zhuǎn)換器的性能，最好采用微處理機型的轉(zhuǎn)換器，用它來控制勵磁電壓，按被測流體性質(zhì)選擇勵磁方式和頻率，可以排除同相干擾和正交干擾。但改進的儀表結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。價格較高二、超聲波流量計1、優(yōu)點超聲波流量計是一種非接觸式測量儀表，可用來測量不易接觸、不易觀察的流體流量和大管徑流量。它不會改變流體的流動狀態(tài)，不會產(chǎn)生壓力損失，且便于安裝?？梢詼y量強腐蝕性介質(zhì)和非導(dǎo)電介質(zhì)的流量。超聲波流量計的測量范圍大，管徑范圍從20mm?5m.超聲波流量計可以測量各種液體和污水流量。超聲波流量計測量的體積流量不受被測流體的溫度、壓力、粘度及密度等熱物性參數(shù)的影響。可以做成固定式和便攜式兩種形式。2、缺點超聲波流量計的溫度測量范圍不高，一般只能測量溫度低于200°C的流體?？垢蓴_能力差。易受氣泡、結(jié)垢、泵及其它聲源混入的超聲雜音干擾、影響測量精度。直管段要求嚴格，為前20D，后5D。否則離散性差，測量精度低。安裝的不確定性，會給流量測量帶來較大誤差。測量管道因結(jié)垢，會嚴重影響測量準確度，帶來顯著的測量誤差，甚至在嚴重時儀表無流量顯示?？煽啃?、精度等級不高(一般為1.5?2.5級左右)，重復(fù)性差。使用壽命短(一般精度只能保證一年)。超聲波流量計是通過測量流體速度來確定體積流量，對液體應(yīng)該測量它的質(zhì)量流量，儀表測量質(zhì)量流量是通過體積流量乘以人為設(shè)定的密度后得到的，當流體溫度變化時，流體密度是變化的，人為設(shè)定密度值，不能保證質(zhì)量流量的準確度。只能在測量流體速度的同時，又測量了流體密度，才能通過運算，得到真實質(zhì)量流量值。價格較高。三、渦街流量計1、 優(yōu)點渦街流量計無可動部件，測量元件結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠，使用壽命長。渦街流量計測量范圍寬。量程比一般能達到1：10o渦街流量計的體積流量不受被測流體的溫度、壓力、密度或粘度等熱工參數(shù)的影響。一般不需單獨標定。它可以測量液體、氣體或蒸汽的流量。它造成的壓力損失小。準確度較高，重復(fù)性為0.5%，且維護量小。2、 缺點渦街流量計工作狀態(tài)下的體積流量不受被測流體溫度、壓力、密度等熱工參數(shù)的影響，但液體或蒸汽的最終測量結(jié)果應(yīng)是質(zhì)量流量，對于氣體，最終測量結(jié)果應(yīng)是標準體積流量。質(zhì)量流量或標準體積流量都必須通過流體密度進行換算，必須考慮流體工況變化弓【起的流體密度變化。造成流量測量誤差的因素主要有：管道流速不均造成的測量誤差；不能準確確定流體工況變化時的介質(zhì)密度；將濕飽和蒸汽假設(shè)成干飽和蒸汽進行測量。這些誤差如果不加以限制或消除，渦街流量計的總測量誤差會很大。抗振性能差。外來振動會使渦街流量計產(chǎn)生測量誤差，甚至不能正常工作。通道流體高流速沖擊會使渦街發(fā)生體的懸臂產(chǎn)生附加振動，使測量精度降低。大管徑影響更為明顯。對測量臟污介質(zhì)適應(yīng)性差。渦街流量計的發(fā)生體極易被介質(zhì)臟污或被污物纏繞，改變幾何體尺寸，對測量精度造成極大影響。直管段要求高。專家指出，渦街流量計直管段一定要保證前40D后20D,才能滿足測量要求。耐溫